一种正极片、其制备方法和在半固态电池中的应用技术

本发明专利技术涉及一种锂电池用正极片、其制备方法和在半固态电池中的应用。所述锂电池用正极片包括集流体和设置于所述集流体表面的活性材料层；所述活性材料层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、氧化物固态电解质和聚合物，所述聚合物通过原位聚合得到。本发明专利技术所述氧化物固态电解质和聚合物在活性材料层中均匀分布，氧化物固态电解质可以有效提升正极片的安全性能，通过原位聚合得到的聚合物可有效改善氧化物固态电解质的与正极片中材料的接触性，降低正极片的阻抗，提升正极片的电化学性能。本发明专利技术中氧化物固态电解质和聚合物的组合，使得本发明专利技术的正极片在具有优异的安全性能基础上，还具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极片、其制备方法和在半固态电池中的应用


[0001]本专利技术电池
，具体涉及一种正极片、其制备方法和在半固态电池中的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为绿色环保新能源，具有可靠性好、安全性高、体积小、重量轻等优点，目前已经被广泛的应用于数码类产品、电动汽车、军工产品等领域。随着锂离子电池的大力发展，目前锂离子电池也向着高寿命、高安全、高倍率和低成本的方向发展。
[0003]为了提升锂离子电池的能量密度，现有技术常通过使用高镍材料或者提高电池的电压来提高电池能量密度，这些方法都增加了电池的不安全因素。随着NCM622、NCM811、NCA正极材料中镍含量逐渐增加，相应材料氧化分解温度也逐渐降低，高电压下高镍材料与电解液之间的反应更加激烈。由高镍材料组装得到的电池一旦出现短路、过充、过放等异常时，电池温度急剧上升，电池就会出现热失控，进而起火、爆炸，造成安全事故。
[0004]因此，在不断提升电芯能量密度的同时，电芯的安全性也受到了越来越多的关注，成为目前研究的热点方向之一。
[0005]目前，现有技术提高锂电池安全性的方法主要有正极材料包覆、电解液添加剂、PTC涂层、绝缘/阻燃涂层、陶瓷隔膜涂覆、负极材料改性等，例如：
[0006]CN107482164A公开了一种锂离子电池极片结构及锂离子电池，所述极片结构包括正极集流体、正极活性涂层、陶瓷涂层和负极活性涂层，正极活性涂层涂覆在正极集流体的两侧，陶瓷涂层分别涂覆在两个正极活性涂层的外侧，负极活性涂层涂覆在任一所述陶瓷涂层的外侧。但是，由于针刺热失控瞬间发生，该陶瓷涂层的作用机制往往来不及起作用，不能起到有效地提高针刺安全性的作用。
[0007]CN110911634A公开了一种正极材料及其制备方法以及锂电池正极片和固态锂电池。所述正极材料包括正极活性材料以及包覆于该正极活性材料上的氟化TiS2材料。但是在温度较高的情况下，所述方法对正极材料安全性改善作用相对有限。
[0008]因此，本领域急需开发一种在保证电池具有更高安全性能的同时还能保持良好电学性能的改性手段。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种正极片、其制备方法和在半固态电池中的应用。本专利技术所述正极片电化学性能优异，且安全性较高。
[0010]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]本专利技术的目的之一在于提供一种锂电池用正极片，所述锂电池用正极片包括集流体和设置于所述集流体表面的活性材料层；所述活性材料层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、氧化物固态电解质和聚合物，所述聚合物通过原位聚合得到。
[0012]本专利技术所述氧化物固态电解质和聚合物在活性材料层中均匀分布，氧化物固态电
解质可以有效提升正极片的安全性能，通过原位聚合得到的聚合物可有效改善氧化物固态电解质的与正极片中材料的接触性，降低正极片的阻抗，提升正极片的电化学性能。本专利技术中氧化物固态电解质和聚合物的组合，使得本专利技术的正极片在具有优异的安全性能基础上，还具有优异的电化学性能。
[0013]图1是本专利技术所述锂电池用正极片活性材料层中正极活性物质、氧化物固态电解质和聚合物的分布示意图，图中1为正极活性物质，2为聚合物，3为氧化物固态电解质，由图中可以看出，所述氧化物固态电解质和聚合物在活性材料层中均匀分布。
[0014]优选地，所述聚合物包括聚丙烯腈、聚碳酸亚乙烯酯、聚氟代碳酸乙烯酯、聚碳酸乙烯亚乙酯和聚丙烯酸酯类聚合物中的任意一种或多种。
[0015]优选地，所述聚合物通过原位聚合的工艺引入正极极片中，具体方法为：将含有聚合单体、引发剂、锂盐和有机溶剂的聚合前驱液浸润极片后，引发聚合反应。
[0016]优选地，所述聚合反应的引发方式包括光、热和辐射中的任意一种或多种。
[0017]优选地，所述氧化物固态电解质包括NASICON结构材料、钙钛矿结构材料、反钙钛矿结构材料、LISICON结构和石榴石结构材料中的任意一种或多种。
[0018]优选地，所述NASICON结构材料包括Li
1+a
Al
a
Ge
2-a
(PO4)3(LAGP)或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
1+b
Al
b
Ti
2-b
(PO4)3(LATP)或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0≤a≤0.75(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6或0.7等)，所述0≤b≤0.5(例如0.1、0.2、0.3或0.4等)。
[0019]优选地，所述钙钛矿结构材料包括Li
3c
La
2/3-c
TiO3(LLTO)或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
3/8
Sr
7/16
Ta
3/4
Hf
1/4
O3(LSTH)或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
2d-e
Sr
1-d
Ta
e
Zr
1-e
O3(LSTZ)或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0.06≤c≤0.14(例如0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12或0.13等)，所述0≤e≤0.75(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6或0.7等)，d＝0.75e。
[0020]优选地，所述反钙钛矿结构材料包括Li
3-2z
M
z
HalO、Li3OCl或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0≤z≤0.01(例如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008或0.009等)，所述M包括Mg
2+
、Ca
2+
、Sr
2+
或Ba
2+
阳离子中的任意一种或多种，所述Hal为元素Cl或I。
[0021]优选地，所述LISICON结构材料包括Li
4-f
Si
1-f
P
f
O4或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
14
ZnGe4O
16
(LZGO)或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0.5≤f≤0.6(例如0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58或0.59等)。
[0022]优选地，所述石榴石结构材料包括Li
7-g
La3Zr
2-g
O
12
(LLZO)或其同晶型异原子掺杂化合物所述0≤g≤1(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等)。
[0023]在本专利技术的技术方案中，选择氧化物固态电解质为LATP或LLTO时，可以达到最优的技术效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用正极片，其特征在于，所述锂电池用正极片包括集流体和设置于所述集流体表面的活性材料层；所述活性材料层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、氧化物固态电解质和聚合物，所述聚合物通过原位聚合得到。2.如权利要求1所述的锂电池用正极片，其特征在于，所述聚合物包括聚丙烯腈、聚碳酸亚乙烯酯、聚氟代碳酸乙烯酯、聚碳酸乙烯亚乙酯和聚丙烯酸酯类聚合物中的任意一种或多种。3.如权利要求1或2所述的锂电池用正极片，其特征在于，所述聚合物通过原位聚合的工艺引入正极极片中，具体方法为：将含有聚合单体、引发剂、锂盐和有机溶剂的聚合前驱液浸润极片后，引发聚合反应；优选地，所述聚合反应的引发方式包括光、热和辐射中的任意一种或多种。4.如权利要求1-3之一所述的锂电池用正极片，其特征在于，所述氧化物固态电解质包括NASICON结构材料、钙钛矿结构材料、反钙钛矿结构材料、LISICON结构和石榴石结构材料中的任意一种或多种；优选地，所述NASICON结构材料包括Li
1+a
Al
a
Ge
2-a
(PO4)3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
1+b
Al
b
Ti
2-b
(PO4)3或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0≤a≤0.75，所述0≤b≤0.5；优选地，所述钙钛矿结构材料包括Li
3c
La
2/3-c
TiO3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
3/8
Sr
7/16
Ta
3/4
Hf
1/4
O3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
2d-e
Sr
1-d
Ta
e
Zr
1-e
O3或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0.06≤c≤0.14，所述0≤e≤0.75，d＝0.75e；优选地，所述反钙钛矿结构材料包括Li
3-2z
M
z
HalO、Li3OCl或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0≤z≤0.01，所述M包括Mg
2+
、Ca
2+
、Sr
2+
或Ba
2+
阳离子中的任意一种或多种，所述Hal为元素Cl或I；优选地，所述LISICON结构材料包括Li
4-f
Si
1-f
P
f
O4或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
14
ZnGe4O
16
或其同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文俊，王俊英，李久铭，徐航宇，俞会根，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：